Феррозондовые преобразователи магнитного поля, принцип действия, конструкция

Феррозондовые преобразователи магнитного поля, 
принцип действия, конструкция.    

 Феррозондовый  преобразователь магнитного поля, или феррозонд, предназначен для  измерения и индикации постоянных  и медленно меняющихся магнитных  полей и их градиентов. Действие  феррозонда основано на изменении  магнитного состояния ферромагнетика  под воздействием двух магнитных  полей разных частот. 
На рис. схематически показаны некоторые варианты конструкций феррозондов.

 
     В простейшем варианте феррозонд  состоит из ферромагнитного сердечника и находящихся на нем двух катушек:

• катушки возбуждения, питаемой переменным током
• и измерительной (сигнальной) катушки.

     Сердечник феррозонда выполняется  из материалов с высокой магнитной  проницаемостью. 
На катушку возбуждения от специального генератора подается переменное напряжение с частотой от 1 до 300 кГц (в зависимости от уровня параметров и назначения прибора). 
В отсутствие измеряемого магнитного поля сердечник под действием переменного магнитного поля Н, создаваемого током в катушке возбуждения, перемагничивается по симметричному циклу. 
Изменение магнитного поля, вызванное перемагничиванием сердечника по симметричной кривой, индуцирует в сигнальной катушке ЭДС, изменяющуюся по гармоническому закону. 
Если одновременно на сердечник действует измеряемое постоянное или медленно меняющееся магнитное поле Но, то кривая перемагничивания меняет свои размеры и форму и стано- вится несимметричной. При этом изменяется величина и гармонический состав ЭДС в сигнальной катушке. 
В частности, появляются четные гармонические составляющие ЭДС, величина которых пропорциональна напряженности измеряемого поля и которые отсутствуют при симметричном цикле перемагничивания.

Феррозонды подразделяются на:

• стержневые одноэлементные (рис. а)
• дифференциальные с разомкнутым сердечником (рис.б)
• дифференциальные с замкнутым (кольцевым) сердечником (рис.в).

      Дифференциальный феррозонд  (рис. б, в), как правило, состоит из двух сердечников с обмотками, которые соединены так, что нечетные гармонические составляющие практически компенсируются. Тем самым упрощается измерительная аппаратура и повышается чувствительность феррозонда. 
Феррозонды отличаются очень высокой чувствительностью к магнитному полю. 
Они способны регистрировать магнитные поля с напряженностью до 10^-4-10^-5 А/м (~10^-10—10^-11 Тл). 
Современные конструкции феррозондов отличаются компактностью. 
Объем феррозонда, которым комплектуются отечественные магнитометры Г73, составляет менее 1 см³, а трехкомпонентный феррозонд для магнитометра Г74 вписывается в куб со стороной 15 мм.   

 В качестве  примера на рис. приведена конструкция  и габариты миниатюрного стержневого  феррозонда.

Конструкция феррозонда достаточно проста и не требует особых пояснений. 
Его сердечник изготовлен из пермаллоя. 
Он имеет переменное по длине поперечное сечение, уменьшающееся примерно в 10 раз в центральной части сердечника, на которую намотаны измерительная обмотка и обмотка возбуждения. 
Такая конструкция обеспечивает при сравнительно небольшой длине (30 мм) высокую магнитную проницаемость (1, 5x10⁵) и малое значение напряженности поля насыщения в центральной части сердечника, что приводит к увеличению фазовой и временной чувствительности феррозонда. За счет этого улучшается и форма выходных импульсов в измерительной обмотке феррозонда, что позволяет снизить погрешности схемы формирования сигнала «время-импульс». 
Диапазон измерения феррозондовых преобразователей типовой конструкции составляет ±50... ±100 А/м (±0, 06... ±0, 126 мТл). 
Плотность магнитного шума в полосе частот до 0,1 Гц для феррозондов со стержневыми сердечниками составляет 30 - 40 мкА/м (м x Гц^1/2) в зависимости от поля возбуждения, уменьшаясь с увеличением последнего. В полосе частот до 0,5 Гц плотность шума оказывается в 3 - 3,5 раза выше. 
При экспериментальном исследовании кольцевых феррозондов установлено, что уровень шума у них на порядок ниже, чем у феррозондов со стержневыми сердечниками.